חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה בצ'פל היל בנו בהצלחה תאים מלאכותיים פונקציונליים במעבדה עם DNA מתוכנת שמתנהגים כמו תאים חיים. מעבדת פרימן הנדסה תאים עם שלד ציטוטי מתפקד באמצעות גישה חדשה שעוקפת חלבונים טבעיים.
רונית פרימן וצוותה הוכיחו את הצלחתם במניפולציה של DNA וחלבונים, אבני הבניין הבסיסיות של החיים, כדי ליצור תאים מלאכותיים הדומים מאוד לאלה המצויים בגוף האדם. לדברי פרימן, התאים הסינתטיים היו יציבים גם בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס. הדבר פותח "את האפשרות לייצר תאים בעלי יכולות יוצאות דופן בסביבות שאינן מתאימות בדרך כלל לחיי אדם".
במקום ליצור חומרים שיחזיקו מעמד, פרימן אומר, שהחומרים שלהם נוצרים עבור משימה - מבצעים פונקציה מסוימת, ואז משתנים לביצוע פונקציה חדשה. להישג זה יש סיכויים משמעותיים לפיתוח רפואה רגנרטיבית, שיטות אספקת תרופות וטכנולוגיות אבחון. "בזכות הגילוי הזה, אנחנו יכולים לחשוב על בדים מהונדסים או בדים שיכולים להיות רגישים לשינויים בסביבה ולהתנהג בצורה דינמית", אומר פרימן.
תאים ורקמות מסתמכים על חלבונים כדי לבצע משימות שונות ולבנות מבנים חיוניים. מבנה אחד כזה, שלד הציטו, משמש כמסגרת לתא, ומאפשר לו לפעול כראוי. שלד הציטוס הוא קריטי לשמירה על צורת התא והקלת התגובות לסביבה. הצוות פיתח תאים מלאכותיים עם שלד ציטוטי פונקציונלי תוך שימוש בגישה חדשה שעוקפת חלבונים טבעיים. הם פיתחו טכנולוגיה מתקדמת שנקראת טכנולוגיית DNA פפטיד מתוכנת. שיטה זו מארגנת שיתוף פעולה בין פפטידים, אבני הבניין הבסיסיות של חלבונים, וחומר גנטי מעובד לבניית שלד הציטוס. כתוצאה מכך, תאים מהונדסים אלה יכולים להתאים את צורתם ולהגיב לאותות סביבתיים, מה שמדגים את הפוטנציאל המדהים של ביולוגיה סינתטית.
"DNA אינו מופיע בדרך כלל בשלד הציטו. תכנתנו מחדש את רצף ה-DNA כך שיפעל כחומר ארכיטקטוני, המחבר את הפפטידים יחד", אמר פרימן. "ברגע שהחומר המתוכנת הזה הונח בטיפת מים, המבנים קיבלו צורה".
יכולת חסרת תקדים זו לתכנת DNA מעניקה למדענים את היכולת ליצור תאים המותאמים למטרות ספציפיות ואף לווסת את תגובת התאים הללו ללחצים חיצוניים. למרות שהתאים הסינתטיים שנוצרו במעבדת פרימן חסרים את המורכבות של תאים חיים, הם מציעים רמה של יכולת חיזוי ועמידות לתנאים קשים כמו טמפרטורות קיצוניות.
במקום להתמקד ביצירת חומרים עמידים, פרימן מדגיש את יכולת ההסתגלות של התאים הללו - הם נועדו לבצע פונקציות מסוימות ואז להסתגל למשימות חדשות.
על ידי שילוב מבני פפטיד או DNA שונים, ניתן להתאים חומרים אלו לתכנת תאים ברקמות או ברקמות. צדדיות כזו פותחת הזדמנויות לשילוב עם טכנולוגיות אחרות של תאים סינתטיים, שעלולה לחולל מהפכה בתחומים כמו ביוטכנולוגיה ורפואה.
"המחקר הזה עוזר לנו להבין ממה עשויים החיים", אומר פרימן. "טכנולוגיית תאים סינתטיים זו תאפשר לנו לא רק לשכפל את מה שהטבע עושה, אלא גם ליצור חומרים עדיפים על אלה הביולוגיים".
קרא גם: